断层识别和控制通常是煤田三维地震精细解释的重要技术目标之一。很多矿区迫切需要查明落差大于等于3m的断层,并对断层发育高度进行控制,对落差小于3m的断层、断点尽力查找并标出。针对这一技术需求,中矿澳科基于三维地震薄层谱反演技术研发了提取薄层反射系数数据体来解释落差3m左右小断层的特色技术。

传统的从叠后地震数据体上提取如相干、曲率、蚂蚁体和断层似然属性只能分辨落差大于或等于10m的较大断层。为识别落差在3m左右的小断层,中矿澳科首先利用地震薄层谱反演技术从叠后三维地震数据体中提取出薄层反射系数数据体,然后在反射系数数据体上提取上述断裂指示属性的一个或多个来解释断层,可分辨并识别出落差大于等于3m的小断层。上述中矿澳科专有技术流程如下图所示。

正演模型

为证明上述专有技术的有效性,中矿澳科开展了正演建模分析。如下图所示,正演模型设置煤层厚度为10m,4条小断层的落差分别为10m、8m、5m和3m。在正演合成地震记录上可以看出,落差大于8米的断层地震同相轴出现弯曲现象,对于落差小于5米的小断层在地震同相轴上无明显异常(错断或弯曲)响应。这意味着传统的相干体、蚂蚁体和曲率体等无法识别出落差小于5m的小断层。然而,从反射系数剖面上,在4条断层对应的位置,反射系数同相轴均出现错断,这表明从反射系数数据体中提取的相干体、蚂蚁体和曲率等属性也能有效识别出这些落差较小的断层。

正演模型

谱反演

谱反演也称“薄层反射率反演”。Portniaguine和Castagna在2005年探讨了一种叠后谱反演方法,可以解决在小于调谐厚度时的薄层预测问题。这个方法更多的从地质上去考虑,而不是数学上的假设。其重点在于通过分频方法来获取局部频谱信息(Castagna,等,2003年;Portniaguine,Castagna,2004年)。这种谱反演或者薄层反演最终输出为反射系数序列,其视分辨率要远高于输入的地震数据,可以用来对薄储层进行精细的描述和刻画。对地震数据中复杂的地震反射模式反褶积处理方式正在改变解释人员的传统思维,其结果包括丰富的可解释的地层层序模式。这是一种全新提取反射信息的方式,去除子波时并不会加大高频段的噪音,而地震分辨率却是得到了相应的提升。众所周知在地震反演理论中先验模型可以产生比原始输入数据更高频率的反演结果。这种“恢复频宽”方式的质量和意义依赖于假设模型的合理性。这种由几个限定厚度变化的层组成的简单模型假设在进行谱反演处理时是很有用的约束条件(见Partkya,2005年)。

这种反演过程不需要很严格的假设条件,也不需要任何先验模型,或者任何的反射率假设、层位约束或者井约束,当然用上至少一口井作为控制点还是需要的。输入为有限带宽的地震数据,谱反演处理后得到了高分辨率的反射率剖面或体(如果是二维的话则是剖面,三维则是体)。

该方法整体上包括两个步骤:

  1. 从地震数据中精细计算时变、空变子波。这里井控参与还是有必要的,如果没有任何井,则采用统计的方法来计算子波。
  2. 从地震数据中去除第一步计算得到的子波,这里采用了谱约束下的地震反演方法,约束条件来源于频谱分解计算过程。

需注意的是在处理的时候没有任何初始地质模型或解释方案参与。这种道与道计算方式无需初始模型和边界连续条件的约束。 在处理过程中会有一些质量控制的步骤,从而保证薄层反演得到最优化的结果。当然最终结果还依赖于奇部序列的贡献、子波和子波特征(频宽)。

另外一个方面需要注意的就是解释人员想要的重要属性,如反射极性、强度、连续性、相关性等。薄层反射率体就可以提供上述属性特征,同时也可以利用该反射系数体与已知主频的带通子波褶积运算研究反射特征。这样不仅可以研究目标区域内的反射特征,还可以用来验证其与原始数据的相似性。

一旦采用已知井获取的子波从输入地震体中获取薄层反射率体,解释人员就可以利用一口未知井来检验反演过程的可信度。这是一种非常好的方法,可以验证反演结果的准确程度。根据我们的经验,薄层谱反演结果通常会与三维工区内其余井具有非常好的相关性,当然与控制点处的井也会匹配很好(如果地震子波间没有大的边界差异)。如果子波间边界差异很大,那谱反演结果也会不合理。这是经验之谈,因此在反演处理过程中可以通过对子波精细调节来避免产生非地质成因的假象。

谱反演结果是完全保幅处理的,因此原始数据完全可以通过在反射率体中加上子波信息重新获得。